Даниил Данин - Неизбежность странного мира

И теперь — самое существенное.

Где же все-таки бабочка под сачком — где она там, в его пределах? Сачок прозрачен. Щелкните фотокамерой — вот и ответ.

Но что сказать не о настоящей бабочке, а о настоящем электроне под пси-сачком? Хотя этот волновой гребень больше, чем прозрачен, — призрачен, аппаратом тут не щелкнешь. Помните: из киносъемки электрона ничего путного получиться не может. Оказывается, если частица в волновом пакете и похожа на бабочку, то скорее на бабочку под непрозрачным сачком: все время известно, что она там, внутри, но точнее уже ничего сказать нельзя и никакое фотографирование тут не поможет.

И вот фраза, которая исполнена высокой учености, но смысл которой теперь, однако, довольно ясен: дебройлевская двойственность частиц, то есть их волнообразность, волей-неволей заставляет физиков иметь дело в механике микромира не с движением элементарных частиц «самих по себе», а с поведением их шредингеровских волновых пакетов.

Вот простой и удивительный опыт.

Непроницаемый экран. В экране щель. За экраном фотопластинка. Сверху падает электрон. Он проскакивает через щель. Где почернеет пластинка?

Физик-классик опустил бы отвесную прямую из середины щели на пластинку и уверенно объявил бы: «Почернение будет здесь!» Конечно, для точности он ввел бы поправки на ширину щели и удаленность пластинки от экрана. В общем он предписал бы электрону классическую траекторию падения и безмерно изумился бы, обнаружив, что предсказание почему-то не сбылось. А оно действительно могло и не сбыться! И случись именно так, классик начал бы искать подвохи в схеме опыта. Но схема столь проста, что где в ней гнездиться подвохам!

Физик-квантовик заранее отказался бы от точного предсказания: еще ничего не подсчитывая, не составляя и не решая для этого случая уравнения Шредингера, он, не колеблясь, заявил бы, что электрон может очутиться и не прямо напротив щели. Электрон — корпускула, обладающая волновыми свойствами, он «волница», и у нас нет никакого права приписывать ему классическую однозначную линию поведения — траекторию. Нарисованный по линейке отвес может и не иметь для него ни малейшего реального смысла. Нарисуйте, как будут вести себя «волны его поведения» — шредингеровские пси-волны, и тогда посмотрим, где стоит искать почернение на пластинке? Примерно так сказал бы физик-квантовик.

Путь электрона к пластинке — его движение, предшествующее встрече с ней, — на опыте проследить Нельзя: это все та же бессмысленная, неосуществимая киносъемка. Зато математически, на бумаге, можно проследить судьбу его волновой упаковки — того непрозрачного сачка, который несет бабочку.

В момент прохождения щели электрону негде быть, кроме как в пространстве щели. Хоть эта фраза и звучит глуповато, вроде: «Ищи меня там, где я прячусь», смысл ее не так плосок, как кажется. Это значит, что в момент прохождения щели волновой пакет электрона приобретает ее очертания. Таково в этот Момент дно, или основание, пси-сачка. А за щелью — простор. Пси-волны как бы выйдут на свободу, отражая новые возможности движения, открывшиеся перед электроном. Волновой пакет станет расширяться.

Там, где возникнет на его пути пластинка, он незримо пересечется с нею. И на пластинке словно бы скрыто отпечатается падающий пакет волн. Этот скрытый отпечаток будет волновой картиной в плоскости: так на радиоплакатах изображают расходящиеся от антенны волны — темные полосы или кольца чередуются со светлыми. В темных — размах электромагнитных колебаний наибольший, в светлых — наименьший, нулевой. Так и на пластинке словно бы притаится волновая картина изменения от точки к точке таинственной величины «пси» — полоса за полосой или кольцо за кольцом.

Так где же почернеет эмульсия от падения электрона? Неужели это произойдет обязательно в той точке, что лежит прямо напротив щели в экране? Вы уже догадываетесь, почему физик-квантовик не возьмется этого утверждать. Нет, электрон может упасть в любом месте, где «волны его поведения» взаимно не погасились: на любой полосе, где по математическому предвидению можно было бы нарисовать над плоскостью эмульсии горбики пси-волновой картины. Всюду в таких местах можно ожидать появления черного пятнышка на пластинке. Даже в отдалении от точки, предсказанной классиком. Лишь бы не на «пустой» полосе.

Вот она, нашумевшая в свое время дифракция электронов! (Огибание препятствий — краев щели.)

Но в результате действительно проделанного опыта на установке — не на бумаге — электрон ведь очутится в каком-то одном месте, не так ли? Разумеется. Так где же именно? Где кончится неизвестность и произойдет вторжение этой заряженной частицы в молекулу эмульсии, а вслед за тем химическая реакция с выделением черного металлического серебра?

Вы наверняка уже чувствуете, как! просится тут на язык злополучное слово — Случай! Оно просится в текст с такой же настойчивостью, как и при поисках ответа на вопрос: «Где сейчас бабочка, скрытая непрозрачным конусом сачка?» Если ей безразлично, где там быть, то, конечно, это дело случая, где она окажется в момент нашего наблюдения. Правда, чтобы ей и в самом деле это было безразлично, надо лишить ее одушевленности — стремления к удобству, инстинкта свободы, словом — права выбора. Все места под сачком должны быть для нее равно хороши.

Теперь можно бы и совсем отделаться от этой примелькавшейся бабочки, благо уже и так пришлось лишить ее инстинктов жизни. Но сначала нужно совершить еще одно — маленькое — усилие воображения. Дело стоит того: мы почувствуем, как случай диктует явлениям природы свои особые закономерности. Он делает это не менее изобретательно, чем любая железная необходимость.

Можно мысленно разбить пространство сачка на равные ячейки — скажем, величиною с бабочку. Тогда сачок станет похож на конус, вырезанный из пчелиных сотов. От чистой случайности зависит, в какой из ячеек застигнем мы бабочку при проверке. И если в конусе умещается, допустим, тысяча ячеек, то надо ли логически доказывать, что есть лишь один надежный шанс из тысячи увидеть пленницу в заранее предуказанной ячейке?

Но вот что замечательно.

Ячейки выстраиваются в столбики над основанием конуса. Самый длинный столбик, конечно, над серединой основания: в нем, доходящем до вершины сачка, больше всего ячеек. А чем ближе к краям основания, тем меньше ячеек умещается в этих столбиках. У самых краев их этажность сходит на нет. Видите ли вы мысленно эту картину? Она напоминает московские высотные здания, которые этакими каменными сачками поднимаются в небо: в любом из них — больше всего этажей в середине, под шпилем, а меньше всего по краям, над периферией фундамента. В каком же столбике больше всего надежд увидеть бабочку?